説明

有機性排水の生物処理方法

【課題】微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図る。
【解決手段】有機性排水中のBODを高負荷処理して分散菌体に変換する第1の生物処理工程と、変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第2の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法。第2の生物処理工程をpH5〜6の条件下に行う。或いは、第2の生物処理工程の汚泥及び/又は第2の生物処理工程の汚泥を固液分離し、得られた汚泥の少なくとも一部を好気条件で分解し、処理汚泥を第1の生物処理工程及び/又は第2の生物処理工程に返送する余剰汚泥処理工程をpH5〜6の条件下で行う。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる有機性排水の生物処理方法に関するものであり、特に、処理水質を悪化させることなく、処理効率を向上させ、かつ、余剰汚泥発生量の低減が可能な有機性排水の生物処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
有機性排水を生物処理する場合に用いられる活性汚泥法は、処理水質が良好で、メンテナンスが容易であるなどの利点から、下水処理や産業廃水処理等に広く用いられている。しかしながら、活性汚泥法におけるBOD容積負荷は0.5〜0.8kg/m/d程度であるため、広い敷地面積が必要となる。また、分解したBODの20%が菌体、即ち汚泥へと変換されるため、大量の余剰汚泥処理も問題となる。
【0003】
有機性排水の高負荷処理に関しては、担体を添加した流動床法が知られている。この方法を用いた場合、3kg/m/d以上のBOD容積負荷で運転することが可能となる。しかしながら、この方法では発生汚泥量は分解したBODの30%程度で、通常の活性汚泥法より高くなることが欠点となっている。
【0004】
特公昭56−48235号公報では、有機性排水をまず第一処理槽で細菌処理して、排水に含まれる有機物を酸化分解し、非凝集性の細菌の菌体に変換した後、第二処理槽で固着性原生動物に捕食除去させることにより、余剰汚泥の減量化が可能になるとしている。また、特公昭62−54073号公報においても同様の2段生物処理が記載されている。これらの方法では、高負荷運転も可能となり、活性汚泥処理効率も向上する。
【0005】
特許第3360076号公報には、このような2段生物処理法において、原生動物を含む活性汚泥を生物処理槽から引き抜いて、反応処理槽で殺菌及び可溶化処理して生物処理層へ戻すことにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。
【0006】
また、特許第3410699号公報には、前段の生物処理を担体流動床式とし、後段の生物処理を多段活性汚泥処理とすることにより、余剰汚泥発生量を更に低減する方法が記載されている。この方法では後段の活性汚泥処理をBOD汚泥負荷0.1kg−BOD/kg−MLSS/dの低負荷で運転することにより、汚泥を自己酸化させ、汚泥引き抜き量を大幅に低減できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特公昭56−48235号公報
【特許文献2】特公昭62−54073号公報
【特許文献3】特許第3360076号公報
【特許文献4】特許第3410699号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
上述のような微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法は、有機性排水処理に既に実用化されており、対象とする排水によっては処理効率の向上、発生汚泥量の減量化は可能である。
【0009】
しかしながら、汚泥減量効果は処理条件や排水の水質によっては異なるものの、単槽式活性汚泥法で発生する汚泥量を半減させる程度である。これは、細菌主体の汚泥を捕食するための後段の微小生物槽において、汚泥の多くが捕食されず残存したり、捕食に関与する微小生物を高濃度で維持できないことが原因である。
【0010】
従って、本発明は、微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図る有機性排水の生物処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の有機性排水の生物処理方法の第1態様は、有機性排水中のBODを高負荷処理して分散菌体に変換する第1の生物処理工程と、変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第2の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、該第2の生物処理工程をpH5〜6の条件下に行うことを特徴とする。
【0012】
本発明の有機性排水の生物処理方法の第2の態様は、有機性排水中のBODを高負荷処理して分散菌体に変換する第1の生物処理工程と、変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第2の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、該第2の生物処理工程の汚泥及び/又は該第2の生物処理工程の汚泥を固液分離して得られた汚泥の少なくとも一部を好気条件で分解する余剰汚泥処理工程を有し、該余剰汚泥処理工程の処理汚泥を前記第1の生物処理工程及び/又は第2の生物処理工程に返送する有機性排水の生物処理方法であって、該余剰汚泥処理工程をpH5〜6の条件下に行うことを特徴とする。
【0013】
有機性排水の好気性処理を、従来の単槽式活性汚泥法により、pH6以下の酸性域で行うと菌類が多量に発生し、バルキングの原因となる。しかしながら、本発明の方法のように、BODを分散菌体に変換する第1の生物処理工程をpH6〜8の中性域で行い、汚泥減量のための第2の生物処理工程又は余剰汚泥処理工程をpH5〜6の酸性域で行うことにより、発生汚泥量の大幅な減量が可能になる。これは、微小生物が共存する第2の生物処理工程又は余剰汚泥処理工程をpH5〜6とすることで、BOD処理を行う第1の生物処理工程からの非凝集汚泥の効率的な捕食が可能となり、一方で、捕食に関与する大部分の微小生物の増殖はpH5〜8の範囲であればpHによる影響を受けないため、第2の生物処理工程又は余剰汚泥処理工程において、VSSに占める微小生物の割合を20%以上の高濃度に高めることができることによる。
【0014】
このように、本発明によれば、BOD処理のための第1の生物処理工程と汚泥減量のための第2の生物処理工程又は余剰汚泥処理工程とで各々の機能に応じて環境条件を適応化させることにより、両者の機能を最大限に発揮させ、これにより、処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。
【0015】
本発明では、前記第1の態様において、第2の生物処理工程を2段以上の多段処理とし、第2の生物処理工程において、pH5〜6の生物処理後にpH6以上の生物処理を行うようにしても良い。
【0016】
また、第2の態様において、余剰汚泥処理工程は、生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程であっても良く、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程であっても良い。
【0017】
また、いずれの態様においても、第2の生物処理工程は、生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程、膜分離式生物処理工程のいずれであっても良く、また、第1の生物処理工程を、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理、又は2段以上の多段処理により行っても良い。
【発明の効果】
【0018】
本発明の有機性排水の生物処理方法によれば、微小生物の捕食作用を利用した多段活性汚泥法において、安定した処理水質を維持した上でより一層の処理効率の向上と余剰汚泥発生量の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本発明の第1の態様に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【図2】本発明の第2の態様に係る有機性排水の生物処理方法の他の実施の形態を示す系統図である。
【図3】余剰汚泥処理工程の他の実施の形態を示す系統図である。
【図4】図4(a)は実施例1で用いた実験装置を示す系統図であり、図4(b)は実施例2で用いた実験装置を示す系統図である。
【図5】実施例1,2及び比較例1,2における投入BOD量と余剰汚泥発生量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下に図面を参照して本発明の有機性排水の生物処理方法の実施の形態を詳細に説明する。
【0021】
図1は本発明の第1の態様に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図であり、図2は本発明の第2の態様に係る有機性排水の生物処理方法の実施の形態を示す系統図である。
【0022】
図1の方法では、原水(有機性排水)は、まず第一生物処理槽(分散菌槽)1に導入され、非凝集性細菌により、BOD(有機成分)の70%以上、望ましくは80%以上、更に望ましくは90%以上が酸化分解される。この第一生物処理槽1のpHは6以上、望ましくはpH6〜8とする。また、第一生物処理槽1へのBOD容積負荷は1kg/m/d以上、例えば1〜20kg/m/d、HRT(原水滞留時間)は24h以下、例えば0.5〜24hとすることで、非凝集性細菌が優占化した処理水を得ることができ、また、HRTを短くすることでBOD濃度の低い排水を高負荷で処理することができ、好ましい。また、担体を添加することにより、高負荷、滞留時間の短縮が可能になる。
【0023】
第一生物処理槽1の処理水は、pH5〜6、望ましくはpH5〜5.5の範囲に制御された第二生物処理槽(微小生物槽)2に導入され、ここで、残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食による汚泥の減量化が行われる。
【0024】
図1の方法において、第二生物処理槽2を多段化し、2槽以上の生物処理槽を直列に設け、前段側の生物処理槽でpH5〜6、望ましくはpH5〜5.5の条件で処理を行い、後段側の生物処理槽でpH6以上、好ましくはpH6〜8の条件で処理を行うようにしても良く、このような多段処理により、前段側の生物処理槽で汚泥の捕食を効果的に行い、後段側の生物処理槽で汚泥の固液分離性の向上、処理水水質の向上を図ることができる。
【0025】
第二生物処理槽2の処理水は沈殿槽3で固液分離され、分離水は処理水として系外へ排出される。また、分離汚泥の一部は余剰汚泥として系外へ排出され、残部は第一生物処理槽1及び第二生物処理槽2に返送される。なお、この汚泥返送は、各生物処理槽における汚泥量の維持のために行われるものであり、例えば、第一生物処理槽1及び/又は第二生物処理槽2を、後述のような担体を添加した流動床式とした場合、汚泥返送は不要である場合もある。また、第一生物処理槽1のBOD容積負荷が低い場合は、汚泥返送は第二生物処理槽2のみとしてもよい。
【0026】
図2の方法では、原水(有機性排水)は、共にpH6以下、望ましくはpH6〜8に制御された第一生物処理槽1及び第二生物処理槽2に順次導入され、図1の方法と同様に第一生物処理槽1で非凝集性細菌により、有機成分の70%以上、望ましくは80%以上、更に望ましくは90%以上が酸化分解され、次いで第二生物処理槽2で残存している有機成分の酸化分解、非凝集性細菌の自己分解及び微小生物による捕食により汚泥の減量化が行われる。第二生物処理槽2の処理水は沈殿槽3で固液分離され、分離水が処理水として系外へ排出される。この第二生物処理槽2から生成される発生汚泥の少なくとも一部(図2では、第二生物処理槽2の処理水が導入される沈殿槽3の分離汚泥の一部)がpH5〜6、好ましくはpH5〜5.5の範囲に制御された余剰汚泥処理槽4に送給され、ここで好気性消化により分解される。この余剰汚泥処理槽4の処理汚泥は、第一生物処理槽1及び/又は第二生物処理槽2に返送される。また、図2では、沈殿槽3の分離汚泥の残部のうち、一部は余剰汚泥として系外へ排出され、残部が第二生物処理槽2に返送される。
【0027】
沈殿槽3の分離汚泥のうち、余剰汚泥処理槽4へ送給する汚泥量と第二生物処理槽2へ返送する汚泥量との比率は、後述の好適な余剰汚泥処理槽滞留時間が維持できるように、発生汚泥量に応じて適宜設定される。また、余剰汚泥処理槽4の処理汚泥のうち第一,第二生物処理槽1,2へ返送する汚泥量の比率或いは、いずれの生物処理槽に返送するかは、各生物処理槽の汚泥保持量が維持できるように適宜設定される。
【0028】
この余剰汚泥処理槽4には、装置運転の立ち上げ時や発生汚泥量が高い場合には、発生汚泥の全量から半量を投入するようにしても良い。この余剰汚泥処理槽4は汚泥減量効果だけではなく、第二生物処理槽2に微小生物を供給する効果も有する。余剰汚泥処理槽4の汚泥滞留時間は6h以上、望ましくは12h以上、例えば12〜240hであるが、例えば、図3に示す如く、沈殿槽4Bを設けて余剰汚泥処理槽4Aに汚泥返送を行う好気処理法、或いは担体を添加した流動床、又は膜分離式好気処理法とすることで汚泥滞留時間を更に高めることが可能となる。余剰汚泥処理槽4の担体としては、第一生物処理槽の担体として後述するものを用いることができる。
【0029】
なお、図1,2のいずれの方法においても、第二生物処理槽2に導入される第一生物処理槽1の処理水中に有機物が多量に残存した場合、その酸化分解は第二生物処理槽2で行われることになる。微小生物が多量に存在する第二生物処理槽2で細菌による有機物の酸化分解が起こると、微小生物の捕食から逃れるための対策として、捕食されにくい形態で増殖することが知られており、このように増殖した細菌群は微小生物により捕食されず、これらの分解は自己消化のみに頼ることとなり、汚泥発生量低減の効果が下がってしまう。また、本発明の方法では、第二生物処理槽2又は余剰汚泥処理槽4を酸性域に設定しており、有機物が多量に残存した場合、その有機物を利用して菌類などが増殖してしまいバルキングの原因にもなる。そこで先にも述べたように第一生物処理槽1では、有機物の大部分、即ち、原水BODの70%以上、望ましくは80%以上、より望ましくは90%以上を分解し、菌体へと変換しておく必要がある。よって、第二生物処理槽2への溶解性BODによる汚泥負荷で表すと0.5kg−BOD/kg−MLSS/d以下、例えば0.01〜0.1kg−BOD/kg−MLSS/dで運転することが好ましい。
【0030】
図1,2の方法は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示の方法に限定されるものではない。
【0031】
例えば、第一生物処理槽は、高負荷処理のために、後段の沈殿槽の分離汚泥の一部を返送する他、担体を添加した流動床方式としたり、2槽以上の生物処理槽を直列に設けて多段処理を行っても良い。特に、担体の添加により、BOD容積負荷5kg/m/d以上の高負荷処理も可能となり、好ましい。この場合、添加する担体の形状は球状、ペレット状、中空筒状、糸状等任意であり、大きさも0.1〜10mm程度の径で良い。また、担体の材料は天然素材、無機素材、高分子素材等任意であり、ゲル状物質を用いても良い。また、第二生物処理槽2では、細菌に比べ増殖速度の遅い微小生物の働きと細菌の自己分解を利用するため、微小生物と細菌が系内に留まるような運転条件及び処理装置を採用することが重要であり、このために、第二生物処理槽は、図1,2に示すように、汚泥の返送を行う汚泥返送式生物処理を行う他、後述の実施例におけるように、槽内に分離膜を浸漬して膜分離式活性汚泥処理を行うことも望ましい。更に望ましくは、曝気槽内に担体を添加することで微小生物の槽内保持量を高めることができる。この場合の担体としては、第一生物処理槽に添加する担体として前述したものと同様のものを用いることができる。
【実施例】
【0032】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【0033】
実施例1
図4(a)に示す如く、第一生物処理槽11として容量が3.6Lの活性汚泥槽(汚泥返送なし)と、第二生物処理槽12として容量が15Lの浸漬膜式活性汚泥槽を連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水(BOD630mg/L)の処理を行った。第一生物処理槽11のpHは6.8、第二生物処理槽12のpHは5.0にそれぞれ調整した。実験開始4ヶ月後の結果を表1に示す。また、投入BODに対する余剰汚泥発生量(汚泥転換率)を図5に示す。
【0034】
本実施例では、第一生物処理槽11に対する溶解性BOD容積負荷は3.5kg−BOD/m/d、HRTは4h、第二生物処理槽12の溶解性BOD汚泥負荷は0.022kg−BOD/kg−MLSS/d、HRTは17h、全体でのBOD容積負荷0.75kg−BOD/m/d、HRTは21hの条件で運転したところ、汚泥転換率は0.1kg−MLSS/kg−BODとなったが、処理水BODは検出限界以下であった。
【0035】
実施例2
図4(b)に示す如く、第一生物処理槽11として容量が3.6Lの活性汚泥槽(汚泥返送なし)と、第二生物処理槽12として容量が15Lの浸漬膜式活性汚泥槽と、容量が1Lの余剰汚泥処理槽13を連結させた実験装置を用いて、本発明による有機性排水(BOD630mg/L)の処理を行った。第一生物処理槽11、及び第二生物処理槽12のpHはいずれも6.8に調整し、余剰汚泥処理槽13のpHは5.0に調整した。第二生物処理槽12からは槽内汚泥を0.5L/dの割合で引き抜いて余剰汚泥処理槽13に導入し、この余剰汚泥処理槽13からは槽内汚泥を0.5L/dで引き抜き、これを第二生物処理槽12に返送した。余剰汚泥処理槽13の滞留時間はSRT=HRT=1日とした。実験開始4ヶ月後の結果を表1に示す。また、投入BODに対する余剰汚泥発生量(汚泥転換率)を図5に示す。
【0036】
本実施例では、第一生物処理槽11に対する溶解性BOD容積負荷は3.85kg−BOD/m/d、HRTは4h、第二生物処理槽12の溶解性BOD汚泥負荷は0.022kg−BOD/kg−MLSS/d、HRTは17h、全体でのBOD容積負荷0.75kg−BOD/m/d、HRTは21hの条件で運転したところ、汚泥転換率は0.11kg−MLSS/kg−BODとなり、処理水BODは検出限界以下であった。
【0037】
比較例1
実施例1において、第一生物処理槽を省略し、第二生物処理槽の容量15Lの浸漬膜式活性汚泥槽のみからなる実験装置を用いて有機性排水(BOD630mg/L)の処理を行った。実験開始4ヶ月後の結果を表1に示す。また、投入BODに対する余剰汚泥発生量(汚泥転換率)を図5に示す。
【0038】
本比較例では、溶解性BOD容積負荷0.76kg−BOD/m/d、HRTは20hの条件で運転したところ、表1にあるように処理水水質は良好であったものの、汚泥転換率は0.40kg−MLSS/kg−BODとなった。
【0039】
比較例2
実施例1において、第一生物処理槽も第二生物処理槽もいずれもpH6.8に調整したこと以外は、同様にして有機性排水(BOD630mg/L)の処理を行った。実験開始4ヶ月後の結果を表1に示す。また、投入BODに対する余剰汚泥発生量(汚泥転換率)を図5に示す。
【0040】
本比較例では、第一生物処理槽11に対する溶解性BOD容積負荷3.85kg−BOD/m/d、HRTは4h、第二生物処理槽12の溶解性BOD汚泥負荷0.022kg−BOD/kg−MLSS/d、HRTは17h、全体でのBOD容積負荷0.75kg−BOD/m/d、HRTは21hの条件で運転したところ、表1にあるように処理水水質は良好であったが、汚泥転換率は0.2kg−MLSS/kg−BODとなった。
【0041】
【表1】

【0042】
実施例1,2及び比較例1,2の結果から次のことが分かる。
【0043】
比較例1は従来の活性汚泥法、比較例2は酸性域での生物処理工程を入れていない多段生物処理法による処理を実施したものである。従来の活性汚泥法(比較例1)では汚泥転換率は0.40kg−MLSS/kg−BODとなっていたが、比較例2のように多段生物処理を導入することで汚泥転換率は0.20kg−MLSS/kg−BODとなり、汚泥発生量を1/2に低減することができた。この汚泥減量効果はこれまでに報告されている多段生物処理法と同程度のものである。
【0044】
一方、本発明のように酸性域での生物処理工程を導入した実施例1,2では、汚泥転換率がいずれも0.10、0.11kg−MLSS/kg−BODとなっており、従来法に比べ、発生汚泥量を1/4に、また、従来の多段生物処理法に比べて1/2に低減することができた。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本発明の有機性排水の生物処理方法は、生活排水、下水、食品工場やパルプ工場をはじめとした広い濃度範囲の有機性排水の処理に利用することができる。
【符号の説明】
【0046】
1,11 第一生物処理槽
2,12 第二生物処理槽
3 沈殿槽
4,13 余剰汚泥処理槽

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機性排水中のBODを高負荷処理して分散菌体に変換する第1の生物処理工程と、
変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第2の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、
該第2の生物処理工程をpH5〜6の条件下に行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項2】
請求項1において、前記第2の生物処理工程を2段以上の多段処理とし、該第2の生物処理工程において、pH5〜6の生物処理後にpH6以上の生物処理を行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項3】
有機性排水中のBODを高負荷処理して分散菌体に変換する第1の生物処理工程と、
変換された分散菌体をフロック化すると共に微小生物を共存させる第2の生物処理工程とを有する有機性排水の生物処理方法において、
該第2の生物処理工程の汚泥及び/又は該第2の生物処理工程の汚泥を固液分離して得られた汚泥の少なくとも一部を好気条件で分解する余剰汚泥処理工程を有し、該余剰汚泥処理工程の処理汚泥を前記第1の生物処理工程及び/又は第2の生物処理工程に返送する有機性排水の生物処理方法であって、
該余剰汚泥処理工程をpH5〜6の条件下に行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項4】
請求項3において、該余剰汚泥処理工程が、生物処理槽の後段に固液分離手段を設けて固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程、又は、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項5】
請求項1ないし4のいずれか1項において、前記第2の生物処理工程が、生物処理槽の後段に固液分離手段を設け、固液分離された汚泥を該生物処理槽に返送する汚泥返送式生物処理工程、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理工程、又は膜分離式生物処理工程であることを特徴とする有機性排水の生物処理方法。
【請求項6】
請求項1ないし5のいずれか1項において、前記第1の生物処理工程を、生物処理槽内に担体を添加した流動床式生物処理、又は2段以上の多段処理により行うことを特徴とする有機性排水の生物処理方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2010−69482(P2010−69482A)
【公開日】平成22年4月2日(2010.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−268609(P2009−268609)
【出願日】平成21年11月26日(2009.11.26)
【分割の表示】特願2004−25702(P2004−25702)の分割
【原出願日】平成16年2月2日(2004.2.2)
【出願人】(000001063)栗田工業株式会社 (1,536)
【Fターム(参考)】